大型回转窑磁化焙烧菱铁矿的工艺设计

工程设计与研究总第124期
2008年06月大型回转窑磁化焙烧菱铁矿的工艺设计
郑子恩
1摘要2 介绍国内首次采用D4.0m@60m大型回转窑磁化焙烧技术处理菱铁矿的工艺、流程、主要设备以及技术经济指标。

采用该工艺顺利建成首期规模为年处理菱铁矿50万t的配套
选矿厂,项目投产后,各项技术经济指标均达到设计要求,焙烧矿含铁48.69%,磁化焙烧率90.33%。

1关键词2 菱铁矿;磁化焙烧;回转窑
随着我国钢铁工业迅速发展,国内铁矿石供需矛盾日益突出。

因此,在国内铁矿石资源中易选磁铁矿资源日益减少的情况下,迫切需要依靠技术进步来最大限度地利用国内现有铁矿石资源,实现复杂难选铁矿石(特别是菱铁矿和褐铁矿)的大规模工业化生产,提高铁矿石的自给率,维持稳定、足量、优质的铁矿原料供给,以保障钢铁工业持续稳定发展。

新疆某公司为尽快开发利用新疆某地菱铁矿资源,并形成以矿产工业为龙头的产业链,顺利建成首期规模为年处理菱铁矿50万t的配套选矿厂。

采用D4.0m@60m大型回转窑磁化焙烧技术处理菱铁矿,解决了菱铁矿含铁品位低、难以工业化选矿生产这一重大难题。

1工艺流程的确定
1.1采用回转窑磁化焙烧技术
新疆某处菱铁矿为氧化较为强烈的菱铁矿石,属于弱磁性矿物。

矿石中铁主要以高价氧化铁形式赋存在赤(褐)铁矿中,保留着菱铁矿特有的菱形解理,呈半自形-自形晶粒状花岗岩变晶结构。

其化学成分见表1,物相分布见表2。

矿石肉眼下显黄褐色或黑褐色,多呈致密块状,部分条带状或斑杂状构造。

经镜下鉴定,组成矿物种类较为简单,可供选矿回收的铁矿物主要是菱铁矿和褐铁矿,金属硫化物以黄铁矿为主,脉石矿物含量较高的有石英和白云母,其它尚见方解石、绢云母、阳起石、黑云母、电气石、锆石和磷灰石等零星分布。

主要矿物含量见表3。

表1铁矿石化学成分/%
TFe FeO S iO2Al2O3CaO M gO
45.34 3.6713.44 2.40 1.86 1.23
K2O Na2O P S M nO烧矢
0.650.0480.0320.085 1.9111.98
表2铁矿石物相分布/%
碳酸铁赤褐铁磁铁矿硫化铁硅酸铁全铁金属量 3.1041.560.100.070.5145.34分布率 6.8491.660.220.15 1.13100.00
表3铁矿石中主要矿物含量/%
菱铁矿褐铁矿石英白云母方解石黄铁矿其它
8.373.911.2 5.1 5.10.20.3
基于该铁矿石的性质,并经过单独磁选和重选试验表明,采用传统的磁、重选矿工艺,不可能将精矿品位提高到60%以上。

要达到精矿品位大于60%的目的,必须采用磁
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总第124期大型回转窑磁化焙烧菱铁矿的工艺设计
化焙烧工艺,将工业生产上不易处理的菱铁矿(FeCO3)或假象赤铁矿(C-Fe2O3)进行磁化焙烧,然后以经济可行的方式进行分选。

根据菱铁矿的差热分析可知,菱铁矿石加热到700e左右时,即可完全分解,属中低温焙烧,加之菱铁矿在加热分解过程中产生CO2,另外再添加4%~10%的煤作为还原剂足以完成菱铁矿和赤(褐)铁矿向磁铁矿的转化。

菱铁矿在焙烧过程中,当焙烧温度达到564e后,进入菱铁矿激烈分解区,FeCO3y FeO+CO2;当焙烧温度达到600e以上时,进入氧化放热区,3FeO+CO2y Fe3O4+ CO;当温度达到848.8e时,进入Fe2O3还原区,3Fe2O3+CO y2Fe3O4+CO2。

由于焙烧过程中大量的CO2从FeCO3晶格中挥发出来,焙烧后的人工磁铁矿孔洞发育,结构疏松,与原生磁铁矿相比,可磨度较好。

目前经济可行的铁矿石磁化焙烧设备主要有竖炉、回转窑。

但竖炉焙烧的最低粒度下限是75~25mm,不能实现全粒级焙烧,势必造成资源浪费。

而回转窑最大的优势在于可实现全粒级焙烧,有利于提高资源利用率,磁化焙烧效果好,由于不需要进行粗细矿石分别处理,矿石及设备的管理相对简单。

1.2固体还原剂与回转窑热源
工业上主要采用煤气、焦炭、煤等作还原剂,起还原作用的主要是CO、H2和C。

回转窑燃料有天然气、煤、煤气、油、电等。

磁化焙烧对还原剂的种类、用量及燃料要求较高,还原剂的用量会随矿石性质的变化而变动。

在回转窑磁化焙烧中,用煤作固体还原剂,不仅可以增加料层内的还原气氛,避免窑内气流中氧气波动而影响焙烧效果,而且不需在窑内安装扬料板,减少粉尘率,避免回转窑内衬脱落影响窑的作业率,并且煤的给入及计量控制较方便。

回转窑燃烧加热要求燃料热值要高,其低位发热量一般不低于25120kJ。

结合当地天然气资源丰富,其热值高(低位发热值26921kJ/m3),燃料选用天然气。

1.3采用配煤和抛煤相结合的给煤技术
设计考虑从窑尾(给料端)配煤和窑头(排料端)抛煤相结合进行还原煤的给入。

这样,可以根据回转窑焙烧实际情况,通过不同的给煤方式,充分利用还原煤中的固定碳和挥发份,减少天燃气的燃烧量,从而降低能耗和生产成本。

关键是强化了还原过程,有利于增强还原效果,可以使回转窑产能提高30%左右。

1.4采用二次供风技术
从回转窑窑头(排料端)中心的天然气燃烧装置供给天然气和一次空气,同时,通过窑身的多个风嘴鼓入二次风,实现天然气在窑内多点燃烧供热,不仅可以提高窑的中部及后部的温度,拉长还原带的区间,同时使得全窑温度分布比较平缓。

通过控制不同部位二次风嘴的空气量,让天然气逐步燃烧,从而达到适合要求的焙烧温度,这样就避免了天然气燃烧时产生局部高温,引起矿石过热而出现/粘窑0现象。

1.5采用防氧化技术
(1)为保证窑内还原气氛,避免焙烧矿再次氧化,回转窑给料端及排料端采用锁气装置以减少空气的混入量。

(2)出窑焙烧矿温度较高,约700e,需冷却后才能后续作业。

为避免冷却时焙烧矿接触空气而被氧化,直接将其排入水中冷却。

至此,确定了以煤作还原剂、天然气加热、二次供风的回转窑磁化焙烧来处理该菱铁矿的工艺,工艺流程见图1。

2工艺流程简述
合格粒度的铁矿石和还原煤按一定比例进行混合配料后,从窑尾(给料端)给入回转窑内与热气流逆向运动进行磁化焙烧(还原煤或从窑头抛入),焙烧好的焙烧矿从窑头排出。

加热用的天然气和一次空气从窑头天然气燃烧装置喷入窑内进行燃烧供热,并控制天然气进行不完全燃烧,保证窑内还原段的
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图1回转窑磁化焙烧菱铁矿工艺流程
温度为700~800e。

同时,从窑身风嘴向窑内鼓入二次空气,使得未燃烧完的天然气和其它可燃组份在回转窑内分段继续燃烧,以满足焙烧过程所要求的回转窑温度场分布。

经过60~80min磁化焙烧后的成品焙烧矿直接排入水中进行水淬冷却至70e。

回转窑排出的烟气经旋涡除尘器粗除尘和袋式除尘器精收尘后,由引风机送入60m 高烟囱排入大气。

排放烟气含尘浓度小于150mg/m3,符合国家有关排放标准。

3主要技术经济指标
设计确定的主要技术经济指标如下:
年工作日:300d
年处理菱铁矿:50万t
铁矿石B还原煤:10B1
还原温度:700~800e
还原时间:60~80min
磁化焙烧率:\85%
回转窑单位容积生产率:2.58t/m3#d
烟尘率:3%
4主要设备选择
根据建设规模,并结合国内其它行业大型回转窑焙烧的成熟经验,主体设备回转窑筒体内径4.0m、有效内径3.6m、长度60m。

主要设备见表4。

表4主要设备
规格型号数量用途
回转窑D4.0m@60m1磁化焙烧给料系统1配料、给料天然气燃烧装置D1.5m1燃烧天然气抛煤系统1抛煤
双螺旋分级机D1.2m1冷却、分级锁气阀D0.6m1给料锁气锁气阀1m@1m1排料锁气袋式除尘器F=1615m21收尘
引风机Y9-38l16D1排烟
5焙烧产品特征及矿物含量焙烧矿肉眼下均呈黑色或灰黑色块状体,略为污手。

镜下观察,矿粒内部显微孔洞或裂隙十分发育,结构松疏,可磨性好。

除磁铁矿外,偶见残余菱铁矿零星分布。

脉石矿物仍与原矿一样均以石英和白云母为主,另有一定数量的碳质物。

焙烧矿以磁铁矿为主,假象赤铁矿次之,比磁化系数超过3000 @10-6cm3/g,其磁性虽然弱于天然磁铁矿,但仍属于强磁性矿物,完全满足弱磁选的工艺要求。

焙烧产品中主要矿物含量见表5。

表5焙烧产品中主要矿物含量/%
磁铁矿石英白云母碳质物
95.9 2.8 1.00.36
6结语
项目投产运行后,各项技术经济指标均达到设计要求,效果良好,焙烧矿含铁48.69%,磁化焙烧率90.33%。

采用D4.0 m@60m大型回转窑磁化焙烧处理菱铁矿在国内尙属首例,具有很好的示范作用。

项目的成功实施,对合理利用我国储量巨大的菱铁矿资源具有重要的现实意义,为开发利用菱铁矿开辟了新的有效途径。

6。